화성에서 복덕방 차리기(5)

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<화성거주촌 건설>

화성에 도착한 후 실무적인 문제도 중요한데 화성에서 먹거리가 중요함은 물론이다. NASA는 화성과 환경이 비슷한 하와이 산기슭에 11m의 좁은 돔을 만들어 하와이대 과학자 6명이 우주 식품만을 먹으며 생활하는 화성 체험 생존실험을 진행했다. 이들은 우주복을 입고 훗날 화성에서의 생활과 같은 패턴으로 가루 치즈와 참치 캔 등 건조 동결 식품만 먹고 생활했다. 특히 영화 「마션」에서 화성에 홀로 남겨진 주인공이 감자 농사에 성공해 살아남은 장면도 재현했다. 특히 이들이 척박한 토양에서 추출한 물과 LED 조명을 이용해 토마토 재배에도 성공했다는 점은 관련자들에게 큰 희망을 주었다.

나사가 개발한 인류의 화성 이주 계획에서 인간형 로봇도 참여한다. 발키리로 명명된 이 로봇은 원래 재난지역에서의 작업을 수행하도록 설계된 것으로 엄지손가락을 포함4개의 손가락을 갖추고 화성과 같은 열악한 환경에서 인간의 정착을 도울 수 있다.

화성에 정착하기 위해서는 화성의 지리를 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 현재 화성에 착륙해 탐사활동을 벌이고 있는 큐리오시티는 유기물의 흔적을 발견하는 등 맹활약을 하고 있지만 하루 이동거리가 100m 정도이기 때문에 전체 화성을 정확하게 파악하려는 과학자들에게는 미흡하기 짝이 없다.

이 문제를 과학자들은 화성에서 드론으로 해결할 수 있다고 주장한다. 그런데 이것이 간단한 일이 아니다. 화성이 지구와 유사하다지만 지구와 달리 어떤 물체가 나는데 상당한 지장이 있다. 우선 화성의 대기는 지구에 비해 대단히 옅으므로 모래폭풍과 같은 여러가지 기상 현상이 발생한다. 화성의 대기 역시 지구와 마찬가지로 고도에 따라 압력이 변하게 되는데, 바다나 강 같은 물이 없는 화성 환경의 특징상 평균보다 낮은 지대에는 물대신 상대적으로 높은 압력의 공기가 존재하고 있다. 화성 평균 지표 높이에서는 600파스칼(0.6kPa) 정도의 대기 압력을 가지는데, 이는 지구의 해수면 높이에서의 대기 압력인 101.3 kPa에 비해 0.6% 정도의 수준에 불과하다. 화성의 대기압이 낮은 이유에 대해 천체 과학자들은 두 가지로 설명한다. 화성 대기의 밀도가 낮고 화성의 중력이 지구의 38% 수준에 불과하므로 물질을 끌어당기는 힘이 약하다는 것이다. 따라서 지구의 대기압과 비교한다면 화성의 대기압은 지구의 해수면을 기준으로 하여 거의 성층권 높이의 수준으로 희박하다. 화성에 비행선이나 또는 비행기를 띄우는 작업이 만만치 않은지 알 수 있다. 이는 지구에서도 성층권까지 올라가는 프로펠러형 무인기를 만드는 것이 어려운 일이다. 특히 화성 대기는 95%가 이산화탄소이며 산소는 거의 없으므로 제트 엔진을 사용할 수 없다.

이러한 환경에서 추진력을 내기 위해서는 프로펠러 디자인보다는 날개를 펄럭이는 디자인이 더 낫다는 의견을 대다수 과학자들이 제시하고 있다. 물론 화성의 대기가 옅다는 것은 비행기가 나는데 있어 치명적인 단점이지만, 중력이 크게 낮기 때문에 상대적으로 낮은 양력으로도 하늘을 날 수 있다는 장점도 있다고 설명한다. 학자들은 이런 경우 크기에 비해 극로 가벼운 항공기를 만들어야 한다고 설명한다. 잠자리처럼 몸체에 비해 날개가 상대적으로 큰 곤충같은 모양의 무인기이다. 무게 500g, 날개 너비 1m 정도로 약 19.24m/s 정도의 속도를 내는 장치다. 현재 NASA가 개발하는 드론은 날개 너비 7미터로 고체 연료를 이용하여 화성 지표면으로부터 1마일 높이의 상공을 날아다닐 수 있다.

화성에서 생길 수많은 변수를 일일이 체크해야하지만 인원이 많으면 반드시 생기는 일도 도외시할 일은 아니다. 의료 문제, 노화 문제, 남녀 간 역할과 관계 문제, 지구 중력의 38%에 불과한 약한 중력이 뇌와 몸에 미치는 영향, 화성의 먼지가 호흡기에 주는 영향, 저체온증 가능성, 식량과 물 확보 방안, 자원과 에너지 조달 문제, 정치적 문제, 법적 문제, 여가 등 삶의 질 확보 문제 등 지구에서 일어나는 문제점을 포함하여 각가지 문제가 도사린다. 최초 이주자들의 자질도 중요하다. 화성 이주에 도전할 첫 번째 사람들은 토목, 환경, 생명의학, 화학, 전기, 항공우주, 소프트웨어 분야 기술자들이다. 물론 어떤 문제가 닥쳤을 때 창의적으로 해결할 수 있는 맥가이버 같은 사람은 필수적이다.

머스크의 계획은 착착 진행되어 2018년 2월 <스페이스X>는 플로리다 주 NASA의 케네디 우주센터에서 대형 로켓 '팔콘 헤비(Falcon Heavy)' 발사에 성공했다. 3개의 부스터와 27개의 엔진을 갖춘 팔콘 헤비는 사람과 화물을 달과 화성에 실어 나를 수 있는 초대형 로켓으로 1973년 달탐사선 아폴로호를 탑재해 발사했던 세턴V 로켓 이후 최대 크기로 화성 식민지 프로젝트의 핵심이다. 머스크는 여기에 유인우주선 ‘드래건’을 탑재해 화성에 인간을 보내겠다고 발표했다.

 

머스크는 <스페이스X>의 또 다른 초대형 로켓 개발 프로젝트를 발표했다. 그는 팰컨 헤비에 달 또는 화성 유인 우주선을 탑재하겠다는 기존 계획을 바꿔 팰컨 해비보다 더 큰 빅 팰컨 헤비 로켓(BFR)으로 설계를 바꾸었다. 최종 명칭은 스타쉽이 되었지만, 기본 구조는 그대로 이어져 왔다.

스페이스X는 작년부터 시험 모델인 ‘스타호퍼(StarHopper)’의 수직 이착륙 비행을 실시했고, 2019년 9월에는 스타쉽의 시제품인 스타쉽 Mk1을 공개했다.

스타쉽은 로켓과 우주선이 결합된 형태다. ‘슈퍼 헤비 부스터(Super heavy Booster)’의 상단에 장착되어 발사한 되는데 한 번에 100명, 또는 150톤의 화물을 우주로 보낼 수 있다. 또한, 발사 비용을 낮추기 위해 우주선과 부스터 모두 재사용이 가능하며 스타쉽의 예상 수명을 20~30년가량으로 추정한다. 이들이 계획대로 진행되면 화성 인구 100만 명이 결코 환상이 아니며 화성에서 복덕방 차리는 것도 이상한 일은 아니다.

화성의 지구인 정착에 실무적인 문제도 머스크가 답변했다. 화성에 도착하면 많은 일자리가 생긴다고도 주장했는데 화성 이주에 나설 사람을 어떻게 선발하느냐는 돈이 없는 사람도 대출을 받아 갈 수 있다고 장담했다. 테슬라의 시가총액이 1,000억 달러에 달하는데 그는 이주 희망자들에게 대출 자금으로 제공할 수 있다는 것이다.

 

<화성의 지구화>

학자들의 꿈은 정말로 야무지다. 화성에서 일단 정착촌이 건설된다면 다음 단계로 화성 전체를 인류가 살 수 있는 환경으로 바꾸는 ‘테라포밍’ 즉 지구화를 꿈꾼다. 테라포밍이란 SF영화나 소설에서 보는 것처럼 우주복을 입고 제한된 공간에서 사는 것을 뜻하는 것이 아니라 지구에서 인간이 아무런 보호복이 없이 활보하는 것처럼 화성을 지구와 같은 환경으로 만든다는 것이다.

학자들은 구체적으로 화성을 지구화하는 방법에 도전했다.

우선 토양에 갇힌 기체를 대기로 빼내는 것인데 이렇게 만들면 화성의 기압을 상승시키고 온난화를 일으켜 거주할 만한 온도로 안정시킬 수 있다는 것이다. 이런 작업이 만만치 않지만 아이디어는 도출되어 있다. 먼저 화성 궤도에 거대한 거울을 띄워 햇빛을 화성 표면으로 반사시키는 방법으로 비교적 간단하게 공학적으로 해결할 수 있다. 불화탄소를 이용하는 방법도 있다. 불화탄소는 지구 오존층을 파괴하는 염화불화탄소에서 염소를 제거한 것으로서, 강력한 온실효과를 내는 기체다. 이런 방법으로 기온이 좀 올라가 극지방에 얼어 있던 물이 녹기 시작하면, 미생물도 이용할 수 있다. 미생물을 퍼뜨려 암모니아와 메탄을 발생시킨다는 것이다. 이 두 기체들은 강력한 온실효과를 낸다. 보다 과격한 방법으로, 핵폭탄을 터뜨려 얼음을 녹이자는 주장도 있다.

일단 온난화에 성공한다면 남은 문제는 산소다. 지구에서 생명체는 기본적으로 산소를 기반으로 생명을 유지할 수 있으므로 화성에도 산소가 있어야 한다. 놀라운 것은 학자들이 이 문제에 관한 한 상당히 낙관적인 견해를 보인다. 과거 지구에도 산소가 없었음에도 현재와 같은 산소의 행성이 되었는데 바로 이 방법을 그대로 화성에 적용할 수 있다는 것이다.

학자들은 지구의 원시대기가 현재의 생명체가 살 수 없는 즉 산소가 없는 환원성이었다고 추정한다. 환원성 대기란 현재 인간이 숨을 쉬고 있는 산소가 충분하지 않았다는 것을 의미하는데 현재 지구에서 살고 있는 대부분의 생명체는 환원성 대기에서는 살 수 없다는 설명도 된다.

우리의 대기는 매우 강한 산화성을 나타낸다. 대기는 약 80퍼센트의 분자질소(N2)와 약 20퍼센트의 유리산소(O2)를 포함하고 있다. 대기 중의 탄소는 소량의 이산화탄소(CO2)의 형태로 존재한다. 그러므로 대기의 화학적 특성은 그중에 들어 있는 유리산소에 의해 거의 결정된다.

지질학자들은 지구의 조성으로 보아 원시대기에서 유리산소는 거의 존재할 수 없었다고 추측한다. 그러므로 현재의 대기 중에 발견되는 산소는 수증기의 분해에 의해서 형성되었다고 추정한다.

원시지구 상에서 수증기로부터 산소가 생길 수 있는 방법은 두 가지이다.

첫째는 태양에서 온 고에너지 자외선이 대기 상층에 있는 수증기 분자에 작용하여 산소와 수소를 분리시킨다. 이때 생기는 수소는 지구의 중력장으로부터 탈출한다. 즉 지구에서 사라지는 것이다. 그런데 수증기의 광화학적 분해에 의해 45억 년 동안 축적되었을 산소의 양을 계산하면 현재 대기 중에 있는 것보다 적은 양으로 나타난다. 즉 이런 방법으로 산소가 생겼다고 해도, 또 다른 방법으로 산소가 충당되어야 한다는 것을 의미한다.

두번째 방법은 광합성이다. 현재 조류와 육상식물들은 막대한 양의 산소를 생성한다. 그런데 식물도 지구상에 태어난 것은 10억 년 정도 밖에 되지 않으므로 10억 년 전에는 식물이 산소를 만들 수 없다. 학자들은 이 작용을 조류가 광합성을 통해 장구한 시기 동안에 산소를 만들었다고 추정한다.

오늘날 모든 고등생물과 다른 대부분의 생물들이 수없이 많이 있지만 지구에 생물이 태어난 초창기의 악조건하에서는 단지 박테리아 류와 이와 유사한 미생물들만 살아남을 수 있었다고 생각한다. 그런데 이들에 의해 지구에서 산소가 풍부해지자 대부분의 생물들은 자신의 생명을 보존하기 위해 산소들을 사용하기 시작했다. 얼마 후에는 산소에 절대적으로 의존하는 생명체들이 태어났고 이후 산소가 없는 환경에서는 잔존할 수 없는 생물이 된 것이다.

문제는 초창기 지구의 악조건에서 누가 살아남아 지구를 산소화할 수 있었느냐이다.

학자들이 그 증거를 찾았는데 그 장본인은 시아노박테리아(남조류)이다.

놀라운 것은 지구상에 수많은 시아노박테리아의 흔적이 발견되는데 바로 퇴적 화석인 스트로마톨라이트이다. 스트로마톨라이트는 선캄브리아대 초기에서 현세까지, 약 35억 년간의 모든 지질시대에서 산출되는데, 번영 시기는 4억7,000만∼16억5,000만 년 전의 기간이다. 일반적으로 스트로마톨라이트는 고생대 이전 즉 시생대와 원생대(선캄브리아, 5억7,000만 년 이전)의 지층에서 식별할 수 있는 유일한 화석으로 알려진다.

놀라운 것은 스트로마톨라이트가 서(西)오스트레일리아의 샤크만을 중심으로 현재도 계속 생명활동을 하면서 산소를 배출하고 있다는 점이다. 이들은 난(暖)바다의 수심 5m 정도인 곳까지 분포하고 있는데 물이 상당히 투명하여 상황에 따라서는 산소의 기포가 표면으로 올라오는 모습을 볼 수 있다. 무디게 보이는 돌로 보이는데 제곱미터 당 36억 마리의 생명체가 있는 것으로 추정된다.